一种燃机叶片涂层性能测试装置的制作方法

本发明涉及燃气轮机领域，特指燃气轮机涡轮叶片的热障涂层在燃气环境下的性能测试试验装置。

背景技术：

热障涂层对航空发动机及燃气轮机的涡轮叶片而言至关重要，是使高温合金叶片基体免受高温氧化、腐蚀、磨损，起到隔热、提高发动机进口温度和发动机推重比作用的一种广泛使用的高温热防护涂层；一般燃气轮机叶片使用温度为960～1200℃，商用飞机燃烧室的燃气温度达1500℃；然而，目前应用于涡轮叶片的超强耐热合金的使用温度极限只有1100℃；通过材料本身的改进以及发动机结构的优化设计，燃气轮机的工作温度仍然超过高温合金甚至是单晶高温合金的耐热极限，进一步提高高温合金工作温度的潜力已十分有限；为满足燃气轮机工作环境对材料极其苛刻的性能要求，开发可靠的热障涂层制备及表征技术，可以有效提高发动机工作温度、延长其使用寿命；本发明提出一种热障涂层性能评价的试验装置，通过将混合燃烧的燃气通入工作腔，使用外部电机经过增速机构提速后带动试样在工作腔中高速旋转，从而模拟叶片的实际工况，以此来考察热障涂层在燃气环境下热腐蚀、界面结合力等性能。

技术实现要素：

针对热障涂层在燃气的特殊工作环境下，发明了一种燃气环境下测试涂层性能的试验装置，利用本装置可以模拟热障涂层的实际工作环境，实现涂层在燃气环境下的性能测试。

一种燃机叶片涂层性能测试装置，其结构特征包括试验叶片，热电偶直型连接头，圆筒外壳，电子点火枪，流量调节阀，火焰筒，第二转轴，卡盘，锁紧螺母，封腔盖，齿轮变速箱，第一转轴，联轴器，电机，垫片，螺钉。

所述热障涂层喷涂在试验叶片上。

所述试验叶片有4片，沿圆周平均分布安装固定在卡盘上。

所述卡盘安装在第二转轴上，第二转轴一端加工成螺纹，通过锁紧螺母锁紧固定卡盘与第二转轴。

所述卡盘和第二转轴固定后一同置于圆筒外壳内，且卡盘、第二转轴与圆筒外壳保持同心同轴。

所述第二转轴作为试验叶片的动力装置，带动实验叶片在圆筒外壳内高速旋转；

所述圆筒外壳使用封腔盖封装，利用螺钉垫片将封腔盖锁紧在圆筒外壳上；

所述圆筒外壳与试验叶片之间形成空心工作腔；

所述圆筒外壳上加装热电偶直型连接头，以便使用热电偶实时测量工作腔内温度。

所述圆筒外壳加装排气口，及时排出工作腔内气体。

所述圆筒外壳加装进气口，进气口与火焰筒相连。

所述火焰筒一端嵌入圆筒外壳进气口与工作腔相连，一端通入天然气与压缩空气。

所述火焰筒一端加装气体流量压力调节阀，用于调节气体进气流量和工作腔压力。

所述火焰筒上加装点火装置，点燃通入工作腔中的气体。

所述工作电机通过联轴器与第一转轴相连带动第一转轴旋转。

所述第一转轴与第二转轴通过变速机构相连，调节第二转轴的转速，带动试验叶片在工作腔中旋转，模拟热障涂层实际工作环境，达到涂层性能测试目的。

本专利的优点在于：整体结构简单、设计简洁、成本低、容易实现。

附图说明

图1所述为试验装置的主体结构装配图的主视图。

图2所述为试验装置的主题结构装配图的左视图。

图3所述为卡盘、叶片、转轴装配图主视图。

图4所述为卡盘、叶片、转轴装配图左视图。

图5所述为试验装置工作腔封腔盖。

图中：1、试验叶片，2、热电偶直型连接头，3、圆筒外壳，4、电子点火枪，5、流量调节阀，6、火焰筒，7、第二转轴，8、卡盘，9、锁紧螺母，10、封腔盖，11、齿轮变速箱，12、第一转轴，13、联轴器，14、电机，15、垫片，16、螺钉；排气口301。

具体实施方式

为进一步充分了解本发明之目的、特征及效果，借由下述具体的实施方式，结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明一种燃机叶片涂层性能测试装置如图1、图2、图3、图4所示的具体包括试验叶片1，热电偶直型连接头2，圆筒外壳3，电子点火枪4，流量调节阀5，火焰筒6，第2转轴7，卡盘8，锁紧螺母9，封腔盖10，齿轮变速箱11，第一转轴12，联轴器13，电机14，垫片15，螺钉16。

所述热障涂层采用等离子体或超音速喷涂等方法喷涂在试验叶片1上，试验叶片1安装在卡盘8上，如图2所示，卡盘8安装在第二转轴7上并由锁紧螺母9锁紧固定，如图3所示，第二转轴与封装盖10固定在一起，封装盖10通过螺钉锁紧与圆筒外壳3固定，形成封闭工作腔，如图4所示，本发明装置中转轴为主动运动部件，第一转轴12通过联轴器13与工作电机14相连，由工作电机带动第一转轴12转动，第二转轴7通过齿轮变速箱与第一转轴12相连，从而第二转轴7获得第一转轴12调节后的转速，继而带动试验叶片1旋转，天然气和压缩空气经流量压力调节阀5调节后通入火焰筒6，并且在火焰筒中用电子点火枪4点燃变成燃气通入工作腔，燃烧产生的气体经排气口301排出，试验叶片在燃气中高速旋转，模拟热障涂层的实际工作环境，对热障涂层的工作性能进行测试。

实施实例1：

4片叶片的材料选用镍基高温合金，采用大气等离子喷涂工艺在叶片上喷涂热障涂层，将叶片安装在卡盘上，卡盘安装在转轴上，使用锁紧螺母将卡盘与转轴固定在一起，转轴与封腔盖固定，通过螺钉将封腔盖固定在圆筒外壳上，封腔盖与圆筒外壳之间形成密闭工作腔，卡盘、圆筒外壳、封腔盖和火焰筒的材料选用氧化铝，天然气和压缩空气通入火焰筒，通过流量压力控制阀控制通入工作腔的气体压力为2.0KPa，使用电子打火枪点燃，电机选用Y80M1-2电动机，其转速为2830r/min，变速箱传动比设置为2:1，使得叶片在工作腔中的工作转速为1415r/min，10分钟后关闭电机，然后通过自然冷却后将叶片取出，进行分析。

实施实例2：

本实施例中装置材料选用与操作过程通实施例1相同，将通入工作腔的气体压力调整为2.5KPa，电机仍选用Y80M1-2电动机，变速箱的传动比选用调整为1.5:1，使得试验叶片转速为1886r/min，20分钟后关闭电机，然后经过自然冷却后将叶片取出，进行分析。